JP2015034772A - 静電容量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】測定領域をより狭い範囲に絞り込んだ静電容量センサを提供する。
【解決手段】静電容量センサ（１０）は、交流信号発生源（３１）と、交流信号発生源に接続された送信電極（２１）と、第１の受信電極（２３）と、第１の受信電極の周囲に配置され、第１の受信電極に関して対称な形状を有する第２の受信電極（２２）と、送信電極と第１の受信電極の間で移相された信号と第１の受信電極で受信された信号を合成する第１の合成部（３９）と、送信電極と第２の受信電極の間で移相された信号と第２の受信電極で受信された信号を合成する第２の合成部（３９’）と、第１の合成部で合成された信号を交流信号発生源の信号で位相検波する第１の位相検波部（３６）と、第２の合成部で合成された信号を交流信号発生源の信号で位相検波する第２の位相検波部（３６’）と、第１の位相検波部からの出力を第２の位相検波部からの出力で補正する補正部（４０）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体の位置を検出する静電容量センサに関する。

２つのアンテナを有し、一方のアンテナから交流電磁界を発生し、他方のアンテナでこれを受信し、受信された信号を位相検波して、物体の位置や移動を検出する静電容量センサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。こうした静電容量センサのことを、近接センサともいう。

図８は、特許文献１に記載された従来の近接センサ１００の回路図である。近接センサ１００は、発振器１０２と、発振器１０２の信号に基づいて交流信号Ｅａを放射する送信アンテナ１０３と、被検査領域からの交流信号Ｅｂを受信する受信アンテナ１０４と、バッファ１０６と、送信アンテナ１０３と受信アンテナ１０４との間に設けられ発振器１０２からの信号を移相するコンデンサ１０５および抵抗１０７と、受信アンテナ１０４の出力を増幅する増幅器１０８と、受信アンテナ１０４で受信した信号を発振器１０２の出力信号で位相検波する位相検波器１０９と、位相検波器１０９の出力を平滑化するローパスフィルタ１１０と、出力端子１１１とを備える。

こうした静電容量センサで交流電磁界を送受信するアンテナ間の空間は、コンデンサとみなすことができる。その送受信アンテナに近接している被測定物である誘電体に応じて、アンテナ間の静電容量であるアンテナ間容量Ｃａが変化する。そして、アンテナ間の静電容量に応じて、受信される信号の位相と振幅が変化する。そこで、静電容量センサは、その変化を検出（電圧値Ｖｉとして出力）することにより、アンテナ間の静電容量に基づき被測定物までの距離を測定する。

特開２０１２−０８８２９３号公報

しかしながら、静電容量センサは、被測定物上のある一定面積を検出対象としており、測定領域を狭い範囲に絞り込むことができない。例えば、基板に設けられた直径が数ｍｍ程度の孔の深さや、地板に植わったピンの上部高さなどの狭い範囲を静電容量センサで測定したい場合には、測定対象としていない孔やピンの周囲部分からの寄与が測定結果に含まれてしまう。このため、静電容量センサでは、狭い範囲にある被測定物を正しく測定することができないという不具合がある。

そこで、本発明の目的は、本構成を有しない場合と比べて、測定領域をより狭い範囲に絞り込んだ静電容量センサを提供することである。

本発明に係る静電容量センサは、交流信号発生源と、交流信号発生源に接続された送信電極と、第１の受信電極と、第１の受信電極の周囲に配置され、第１の受信電極に関して対称な形状を有する第２の受信電極と、送信電極と第１の受信電極との間に設けられた第１の移相部と、送信電極と第２の受信電極との間に設けられた第２の移相部と、第１の移相部で移相された信号と第１の受信電極で受信された信号を合成する第１の合成部と、第２の移相部で移相された信号と第２の受信電極で受信された信号を合成する第２の合成部と、第１の合成部で合成された信号を交流信号発生源の信号で位相検波して、送信電極と第１の受信電極との間の静電容量に応じた第１の出力値を出力する第１の位相検波部と、第２の合成部で合成された信号を交流信号発生源の信号で位相検波して、送信電極と第２の受信電極との間の静電容量に応じた第２の出力値を出力する第２の位相検波部と、第１の出力値を第２の出力値で補正して、被測定物までの距離を算出する補正部とを有する。

本発明に係る静電容量センサでは、第２の受信電極は、第１の受信電極を取り囲む環状の電極であることが好ましい。

本発明に係る静電容量センサでは、送信電極は、第２の受信電極を取り囲む環状の電極であることが好ましい。

本発明に係る静電容量センサでは、第２の受信電極は、第１の受信電極を挟んで配置された直線状の電極であることが好ましい。

本発明に係る静電容量センサでは、送信電極は、第２の受信電極を挟んで配置された直線状の電極であることが好ましい。

本発明に係る静電容量センサでは、補正部は、第１の受信電極と第２の受信電極との間の距離に応じて決まる補正係数を第２の出力値に乗じた値を、第１の出力値から減算することが好ましい。

本発明によれば、静電容量センサの測定領域をより狭い範囲に絞り込むことができる。

静電容量センサ１０の模式図である。 センサヘッド２０の模式図である。 検出回路３０の一例を示す回路図である。 受信アンテナ２２，２３を含む平面に垂直な、受信アンテナ２３を通るセンサヘッド２０の断面を示した図である。 図４の水平軸上の各点について、各アンテナＡ〜Ｃまでの距離の逆数をプロットしたグラフである。 補正部４０が補正係数を決定する処理の一例を示すフローチャートである。 センサヘッド７０の模式図である。 従来の近接センサ１００の回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る静電容量センサについて詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１は、静電容量センサ１０の模式図である。図２は、センサヘッド２０の模式図である。図２は、静電容量センサ１０を図１の下側から見た図に相当する。

静電容量センサ１０は、センサヘッド２０と、検出回路３０と、補正部４０とを有する。

センサヘッド２０は、静電容量センサ１０の先端部分であり、送信アンテナ２１と、２つの受信アンテナ２２，２３とを有する。送信アンテナ２１は交流信号を送信し、受信アンテナ２２，２３は被検査領域からの交流信号を受信する。これらのアンテナは、静電容量センサ１０の底面に設けられている。

受信アンテナ２３は、第１の受信電極の一例であり、センサヘッド２０の中心に位置する点状のアンテナである。受信アンテナ２２は、第２の受信電極の一例であり、受信アンテナ２３を取り囲む環状のアンテナである。送信アンテナ２１は、送信電極の一例であり、受信アンテナ２２を取り囲む環状のアンテナである。

例えば、直径数ｍｍ程度の対象物を測定するためには、外側の受信アンテナ２２が直径１０ｍｍ程度であり、かつ送信アンテナ２１は直径１５ｍｍ程度であることが好ましい。また、小さな孔やピンなどを測定するには、送信アンテナと受信アンテナとは、環状など、センサヘッド２０の中心軸に関して対称な形状を有することが好ましい。

検出回路３０は、送信アンテナ２１から送信され、受信アンテナ２３で受信された交流信号を位相検波して、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３との間の静電容量に応じた第１の電圧値（第１の出力値）を出力する。また、検出回路３０は、送信アンテナ２１から送信され、受信アンテナ２２で受信された交流信号を位相検波して、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２との間の静電容量に応じた第２の電圧値（第２の出力値）を出力する。

補正部４０は、適当な補正係数を第２の電圧値に乗じた値を第１の電圧値から減算することにより、第１の電圧値を第２の電圧値で補正する。すなわち、補正部４０は、外側の受信アンテナ２２で受信された信号に基づく検出回路３０の出力値を減算することにより、中心の受信アンテナ２３で受信された信号に基づく検出回路３０の出力値を補正する。補正部４０により補正された第１の電圧値は、最終的な測定結果として、図示しない静電容量センサ１０の表示部や、外部のＰＣなどに出力される。

これにより、静電容量センサ１０は、例えば基板５０に設けられた孔５１を測定する場合に、被測定物の周囲部分５２からの寄与を除いて、被測定物である孔５１からの寄与を主に検出する。すなわち、静電容量センサ１０は、測定領域５３を孔５１上の狭い範囲に絞り込むことができる。

図３は、検出回路３０の一例を示す回路図である。検出回路３０は、受信アンテナ２３で受信された交流信号を位相検波する回路と、受信アンテナ２２で受信された交流信号を位相検波する回路とが組み合わされたものである。

検出回路３０は、発振器３１とバッファ３２と、抵抗３３と、コンデンサ３４と、増幅器３５と、検波器３６と、ローパスフィルタ３７と、出力端子３８とを有する。また、検出回路３０は、抵抗３３’と、コンデンサ３４’と、増幅器３５’と、検波器３６’と、ローパスフィルタ３７’と、出力端子３８’とを有する。これらは、抵抗３３、コンデンサ３４、増幅器３５、検波器３６、ローパスフィルタ３７および出力端子３８と同様のものであるから、以下では重複する内容については説明を省略する。

発振器３１は、交流信号Ｅａを発生する交流信号発生源であり、例えば水晶振動子を用いて構成される。交流信号Ｅａは、送信アンテナ２１によって被検査領域へ放射される。送信アンテナ２１から放射される交流信号Ｅａの周波数および強度の安定性が、近接センサ１０の出力の安定性を左右する。したがって、発振器３１としては、周波数の安定度が高く、位相ノイズが少なく、かつ温度や経時変化などに対して安定な水晶振動子を用いることが好ましい。

バッファ３２は、後段の回路からの発振器３１へ影響が、周波数や振幅に変化を生じるのを防止するために設けられる。

抵抗３３とコンデンサ３４は、送信アンテナ２１と、被検査領域からの交流信号Ｅｂを受信する受信アンテナ２３とを電気的に接続する移相部として機能する。抵抗３３とコンデンサ３４は第１の移相部の一例であり、抵抗３３’とコンデンサ３４’は第２の移相部の一例である。

図３に示す検出回路３０では、移相部はコンデンサ３４を含んでいる。ただし、例えば、受信アンテナ２３の出力を増幅する増幅器３５がオペアンプを利用した電流電圧変換回路などによって構成される場合には、コンデンサ３４は必須ではない。なお、送信アンテナ２１および受信アンテナ２３ならびにその配線は、一般にかなり大きな寄生容量を持つので、新たにコンデンサ３４を付加する必要がない場合が多いと考えられる。しかしながら、増幅器３５が単にその出力を増幅するアンプで構成される場合には、出力端子３８からの位相差に応じた電圧値を得る際のＳＮ比を向上させることできるので、コンデンサ３４を設けた方がよい。

また、抵抗３３は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３の結合抵抗であり、受信アンテナ２３から入力する信号に、発振器３１の中間電位を基準電位として与える。抵抗３３は、電源電圧の振幅を有する交流信号Ｅａを、受信アンテナ２３からの交流信号Ｅｂに対してあまり違わない大きさになる値に定める機能も有する。

検出回路３０では、発振器３１からの信号の振幅を、抵抗３３により大きく減衰させて微細な振幅を持つ受信アンテナ２３からの信号と合成する。ここで、互いの振幅を同程度とする理由を述べる。発振器３１からの信号を減衰させる抵抗３３の値が大きいと、信号に対する抵抗３３が出すノイズの割合が大きくなり、また外部からの回りこみノイズの割合も増加する。一方、減衰が大きい場合は、受信アンテナ２３からの信号の振幅の変化がより大きく合成波の位相の変化に反映して、見かけの感度が増大するというメリットもある。したがって、設定する振幅の割合は感度とノイズ増加との兼ね合いとなるが、発明者が検討したところによれば、両者を同程度の振幅にするのが最適である。

検出回路３０では、受信アンテナ２３の仕様と、要求される増幅率とを考慮して、抵抗３３の抵抗値を０．１ＭΩ〜１０ＭΩとする。コンデンサ３４の値は、抵抗３３の値が決定した後に、設定する位相遅れ量と、回路の寄生容量や受信アンテナ部分の寄生容量を考慮して決定する。

近接センサ１０において、設定する位相遅れ量は、０°、１８０°、３６０°以外であればよい。このような位相遅れの信号同士を合成した場合は、片方の信号の振幅変化で合成信号の位相が変化しないためである。双方の位相に少しでもずれがある場合は、片方の信号の振幅変化は合成信号の位相変化を引き起こすことはよく知られている。近接センサ１０では、発振器３１からの信号の、受信アンテナ２３からの信号に対する位相の遅れ量を、例えば９０°とする。なお、位相遅れ量は必ずしも９０°である必要はない。例えば４５°や６０°であっても、受信アンテナ２３からの信号の振幅の変化は、合成波の移相の変化に変換できる。以下では、位相遅れ量を９０°として説明する。

増幅器３５は、受信アンテナ２３の出力を増幅する。検波器３６は、発振器３１の出力信号により受信アンテナ２３で受信した信号を検波する。検出回路３０では、検波器３６で検波を行う参照信号として、バッファ３２の出力をそのまま利用する。ローパスフィルタ３７は、検波器３６の出力を平滑化する。ローパスフィルタ３７からの出力信号である電圧値Ｖｉは、出力端子３８を介して補正部４０へ入力される。

検波器３６とローパスフィルタ３７は第１の位相検波部の一例であり、検波器３６’とローパスフィルタ３７’は第２の位相検波部の一例である。また、接点３９は第１の合成部の一例であり、接点３９’は第２の合成部の一例である。

以下では、検出回路３０の動作について説明する。検出回路３０では、発振器３１が生成した交流信号を、送信アンテナ２１が被検査領域へ交流信号Ｅａとして放射する。送信アンテナ２１から放射された交流信号Ｅａは、送信アンテナ２１で生成された電荷によって、被検査領域に電界を形成する。受信アンテナ２３は、被検出領域に存在する大気、誘電体および導体などによる分極からの寄与を含めた電界から、電荷を生成する。すなわち、受信アンテナ２３は、被検査領域に形成される電界に応じた交流信号Ｅｂを受信する。

このとき、送信アンテナ２１と受信アンテナ２３との間のアンテナ間容量Ｃａに応じて、受信アンテナ２３が受信する交流信号Ｅｂの位相および振幅が変化する。測定時において、アンテナ間容量Ｃａは、主に、送信アンテナ２１および受信アンテナ２３に近接または接触している被測定物である誘電体に応じて変化する。

図３に示す検出回路３０では、移相部が位相した信号と、受信アンテナ２３が受信した交流信号Ｅｂとを接点３９で合成する。移相部が位相した信号とは、送信アンテナ２１が送信する交流信号Ｅａに相当する信号を抵抗３３で減衰させ、さらに抵抗３３およびコンデンサ３４で移相した信号である。さらに、接点３９で合成された信号を増幅器３５で増幅し、増幅された信号を検波器３６へ入力してバッファ３２の出力で検波し、検波された信号をローパスフィルタ３７へ出力する。ローパスフィルタ３７は、位相差に応じた信号を電圧値Ｖｉに変換する。電圧値Ｖｉは、出力端子３８から補正部４０に出力される。電圧値Ｖｉは、アンテナ間容量Ｃａに比例した値を有し、上記の第１の電圧値に相当する。

同様に、受信アンテナ２２は、被検査領域に形成される電界に応じた交流信号Ｅｂ’を受信する。交流信号Ｅｂ’の位相および振幅は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の間のアンテナ間容量に応じて変化する。

図３に示す検出回路３０では、交流信号Ｅａを抵抗３３’およびコンデンサ３４’で移相した信号と、受信アンテナ２２が受信した交流信号Ｅｂ’とを接点３９’で合成する。さらに、接点３９’で合成された信号を増幅器３５’で増幅し、増幅された信号を検波器３６’へ入力してバッファ３２の出力で検波し、検波された信号をローパスフィルタ３７’へ出力する。ローパスフィルタ３７’は、位相差に応じた信号を電圧値Ｖｉ’に変換する。電圧値Ｖｉ’は、出力端子３８’から補正部４０に出力される。電圧値Ｖｉ’は、送信アンテナ２１と受信アンテナ２２の間のアンテナ間容量に比例した値を有し、上記の第２の電圧値に相当する。

次に、補正部４０による、検出回路３０の出力値の補正について説明する。そのために、まず、２次元平面内における、２つの受信アンテナ２２，２３での信号を用いた補正を考える。

図４は、受信アンテナ２２，２３を含む平面に垂直な、受信アンテナ２３を通るセンサヘッド２０の断面を示した図である。なお、図４では、送信アンテナ２１の図示は省略している。

ここでは、測定対象の平面（図１における基板５０の平面）上に水平軸をとり、その平面から受信アンテナ２２，２３までの高さＨを１０ｍｍとする。また、環状の受信アンテナ２２の半径Ｒを１５ｍｍとする。図４に示した断面上において、受信アンテナ２３の位置に点状のアンテナＡがあり、受信アンテナ２２の位置に点状のアンテナＢ，Ｃがあるとする。そして、アンテナＡの直下の点が水平軸上の原点Ｏであるとする。直線Ｌは原点Ｏを通る直線である。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図４の水平軸上の各点について、各アンテナＡ〜Ｃまでの距離の逆数をプロットしたグラフである。静電容量センサの性質から、水平軸上の各座標に誘電体が配置されたときの各アンテナＡ〜Ｃの感度は、誘電体とアンテナの間の距離に反比例する。したがって、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、水平軸上の各点について、その点に誘電体が配置された場合における、その誘電体から各アンテナＡ〜Ｃへの寄与の大きさを示したグラフに相当する。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、それぞれ、高さＨが１０ｍｍ、８ｍｍおよび２０ｍｍのときのグラフである。各グラフにおいて、横軸は、図４の水平軸上の座標を表し、縦軸は、対応するアンテナまでの距離の逆数を表す。細い実線、細い破線および太い破線は、それぞれ、アンテナＡ，Ｂ，Ｃに対応する。ただし、アンテナＢ，Ｃについては、距離の逆数を０．４倍した値を示している。各アンテナの直下の点がそのアンテナに最も近いことから、各曲線は、対応するアンテナと水平座標が同じ点でピークをとる。

また、図５（ａ）〜図５（ｃ）における太い実線は、アンテナＡまでの距離の逆数から、アンテナＢ，Ｃまでの距離の逆数を０．４倍した値をそれぞれ減算した値を表す。すなわち、太い実線は、アンテナＢ，Ｃで受信された信号に基づく出力値を用いて、アンテナＡで受信された信号に基づく出力値を補正した後の値に相当する。

いずれのグラフにおいても、アンテナＡの曲線は比較的裾野が広く、原点Ｏから水平方向に遠ざかっても、比較的大きな値をもつ。これに対し、補正後の曲線は、アンテナＡの曲線より裾野が狭くなっており、原点Ｏから水平方向に離れると値が急激に小さくなる。したがって、アンテナＢ，Ｃで受信された信号に基づく出力値を０．４倍した値を、アンテナＡで受信された信号に基づく出力値からそれぞれ減算すると、アンテナＡは原点Ｏ付近のみで高い感度をもつようになり、水平方向におけるアンテナＡの感度の広がりが限定されるということがわかる。すなわち、この補正によって、アンテナＡによる測定領域が絞り込まれていることになる。そして、補正によりアンテナＡの感度の広がりが限定される効果は、図５（ａ）〜図５（ｃ）のいずれにおいても見られることから、各アンテナＡ〜Ｃの高さＨによらないということもわかる。

０．４倍という上記の係数は、アンテナＡ〜Ｃの間隔（すなわち、環状の受信アンテナ２２の半径Ｒ）が１５ｍｍの場合の値である。この補正係数は、アンテナＡ〜Ｃ間の距離に応じて決まる。上記の通り、各アンテナＡ〜Ｃの感度は被測定物からの距離に反比例することから、補正係数は、アンテナＡ〜Ｃ間の距離の逆数（すなわち、１／Ｒ）に比例する値になる。この補正係数は、図６を用いて後述するように、実験的に定めることができる。

上記で考察した２次元についての内容を、３次元に拡張する。図４に示した断面を、水平軸に垂直な原点Ｏを通る直線Ｌの周りに回転させると、図１に示した３次元の受信アンテナ２２，２３が再現される。受信アンテナ２２，２３の形状が直線Ｌに関して対称であることから、測定対象の平面上の各点に誘電体が配置されたときの、その誘電体から受信アンテナ２２，２３への寄与の総和は、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示した２次元の場合の寄与を直線Ｌの周りに積分することにより得られる。直線Ｌの周りの回転角をΦとし、直線Ｌから各要素までの距離をｒとすると、積分要素にはｒｄΦの重みが付くが、これ以外は２次元の場合と同様である。

したがって、３次元の場合でも、受信アンテナ２２で受信された信号に基づく出力値に補正係数を乗じた値を、受信アンテナ２３で受信された信号に基づく出力値から減算すると、静電容量センサ１０は、受信アンテナ２３を通るセンサヘッド２０の中心軸（直線Ｌ）の付近のみで高い感度を有するようになる。これにより、受信アンテナ２２，２３を含む平面の方向における感度の広がりが限定される。

以下では、補正部４０の機能について説明する。図１に示したように、補正部４０は、データ格納部４１と、演算部４２と、係数決定部４３と、入出力部４４とを有する。

データ格納部４１は、例えばＲＡＭなどにより構成され、検出回路３０から取得される第１の電圧値および第２の電圧値、ならびにその補正演算に用いられる補正係数を格納する。

演算部４２は、ＣＰＵにより構成され、データ格納部４１に格納された第１の電圧値、第２の電圧値および補正係数を用いて、第１の電圧値に対する補正演算を実行する。具体的には、演算部４２は、既に説明したように、受信アンテナ２２で受信された信号に基づく出力値である第２の電圧値に補正係数を乗じた値を、受信アンテナ２３で受信された信号に基づく出力値である第１の電圧値から減算する。実際の測定時には、演算部４２により補正された第１の電圧値が、最終的な測定結果として、図示しない静電容量センサ１０の表示部や、外部のＰＣなどに出力される。

係数決定部４３は、ＣＰＵにより構成され、後述する図６のフローに従い、補正演算に用いられる補正係数を決定する。

入出力部４４は、検出回路３０や、図示しない表示部、外部のＰＣなどの間でデータの受渡しを行うためのインタフェースである。

図６は、補正部４０が補正係数を決定する処理の一例を示すフローチャートである。図６に示したフローは、補正部４０内のＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って、補正部４０内のＣＰＵにより実行される。

まず、係数決定部４３は、センサヘッド２０の中心に配置された受信アンテナ２３の感度に関する（すなわち、第１の電圧値についての）しきい値と、補正係数の初期値を設定しておく（Ｓ１）。そして、補正部４０は、センサヘッド２０から一定の距離（例えば１０ｍｍ程度）だけ離れた測定平面上で被測定物を２次元状に動かしたときの、位置座標と第１の電圧値および第２の電圧値とを対応付けた測定データを取得する（Ｓ２）。次に、演算部４２は、測定平面上の各位置での測定データについて、第２の電圧値に現在の補正係数を乗じた値を第１の電圧値から減算することによって、第１の電圧値を補正する（Ｓ３）。

続いて、係数決定部４３は、補正された第１の電圧値がセンサヘッド２０の中心軸付近における所望の範囲内だけでしきい値以上になっているか否かを判定する（Ｓ４）。所望の範囲外でも補正された第１の電圧値がしきい値以上になっている場合（Ｓ４でＮｏ）には、係数決定部４３は、補正係数を例えば一定の増分だけ変化させる（Ｓ５）。そして、処理はＳ３に戻り、演算部４２は、再度測定平面上の各位置について、第１の電圧値を補正する。

一方、補正された第１の電圧値が所望の範囲内だけでしきい値以上になっていれば（Ｓ４でＹｅｓ）、係数決定部４３は、現在の補正係数を、実際の測定時の補正に使用する補正係数として決定する（Ｓ６）。そして、係数決定部４３は、決定した補正係数をデータ格納部４１に格納する（Ｓ７）。以上で、補正部４０が補正係数を決定する処理は終了する。

このように、静電容量センサ１０では、２つの受信アンテナ２２，２３で受信された信号に基づき検出回路３０から出力される電圧値を、補正部４０で補正する。これにより、静電容量センサ１０では、センサヘッド２０の中心軸付近における狭い範囲内に測定領域を絞り込み、被測定物が小さい場合でも被測定物の周囲部分が測定結果に影響を及ぼさないようにして、測定結果の精度を高めることができる。

なお、補正部４０を静電容量センサ１０内に設けずに、検出回路３０からの第１の電圧値と第２の電圧値をＰＣなどに出力して、ＰＣなどで補正部４０の機能を実現してもよい。

また、静電容量センサ１０では、受信アンテナが２つ（受信アンテナ２２，２３）あるのに対して送信アンテナは１つ（送信アンテナ２１）であるが、受信アンテナ２２，２３に対応させて２つの送信アンテナを設けてもよい。この場合、一方の送受信アンテナと他方の送受信アンテナについて検出回路を別個に構成し、それぞれの検出回路で異なる周波数の交流信号を使用することが考えられる。その検出回路は、図８に示した従来の近接センサ１００と同様のものでもよい。

また、受信アンテナとして、同心円状に配置された３個以上の環状のアンテナを設けてもよい。この場合、補正部４０は、センサヘッド２０の中心以外（すなわち、受信アンテナ２３以外）の受信アンテナでの信号に基づく出力値に、それぞれ適当な係数を乗じて加算または減算することにより、中心の受信アンテナからの出力値を補正すればよい。これにより、受信アンテナが２つの場合と比べて、センサヘッド２０の中心軸付近におけるより狭い範囲に測定領域を絞り込むことが可能になる。

また、送信アンテナや受信アンテナは、センサヘッド２０の中心軸に関して対称な形状であれば、必ずしも環状でなくてもよい。例えば、以下で説明するように、各アンテナを直線状の形状にして、それらを井桁状に配置してもよい。

図７は、センサヘッド７０の模式図である。図１の静電容量センサ１０において、センサヘッド２０に代えて図７のセンサヘッド７０を用いてもよい。

センサヘッド７０は、互いに直交する方向に配置され、異なる周波数の交流信号を使用する２組の直線状の送受信アンテナを有する。図７に示すように、センサヘッド７０の平面内におけるこれらの方向を、Ｘ方向およびＹ方向とする。

一方の送受信アンテナの組は、互いに平行に配置された、送信電極であるＸ方向送信アンテナ７１と、第２の受信電極に対応するＸ方向受信アンテナ７２と、第１の受信電極に対応するＸ方向受信アンテナ７３とを有する。Ｘ方向受信アンテナ７３は、センサヘッド２０の中心に配置される。Ｘ方向受信アンテナ７２は、２本のアンテナで構成され、Ｘ方向受信アンテナ７３を挟んで配置される。Ｘ方向送信アンテナ７１は、２本のアンテナで構成され、Ｘ方向受信アンテナ７２，７３を挟んで配置される。

そして、補正部４０は、Ｘ方向受信アンテナ７２で受信された信号に基づく出力値に補正係数を乗じた値を、Ｘ方向受信アンテナ７３で受信された信号に基づく出力値から減算する。これにより、各アンテナに直交する方向（Ｙ方向）に関して、静電容量センサの測定領域を絞り込むことができる。

また、他方の送受信アンテナの組は、互いに平行に配置された、送信電極であるＹ方向送信アンテナ７４と、第２の受信電極に対応するＹ方向受信アンテナ７５と、第１の受信電極に対応するＹ方向受信アンテナ７６とを有する。Ｙ方向受信アンテナ７６は、センサヘッド２０の中心に配置される。Ｙ方向受信アンテナ７５は、２本のアンテナで構成され、Ｙ方向受信アンテナ７６を挟んで配置される。Ｙ方向送信アンテナ７４は、２本のアンテナで構成され、Ｙ方向受信アンテナ７５，７６を挟んで配置される。前述したＸ方向のアンテナと、これらＹ方向のアンテナとは、例えば絶縁層を介して配置されている。

そして、補正部４０は、Ｙ方向受信アンテナ７５で受信された信号に基づく出力値に補正係数を乗じた値を、Ｙ方向受信アンテナ７６で受信された信号に基づく出力値から減算する。これにより、各アンテナに直交する方向（Ｘ方向）に関しても、静電容量センサの測定領域を絞り込むことができる。したがって、センサヘッド２０を用いた静電容量センサ１０と同様に、センサヘッド７０を用いた静電容量センサでも、センサヘッド７０の中心軸付近におけるより狭い範囲に測定領域を絞り込むことが可能になる。

１０ 静電容量センサ
２１ 送信アンテナ
２２，２３ 受信アンテナ
３０ 検出回路
３１ 発振器
３３ 抵抗
３４ コンデンサ
３６ 検波器
３９ 接点
４０ 補正部

Claims (6)

1. 交流信号発生源と、
   前記交流信号発生源に接続された送信電極と、
   第１の受信電極と、
   前記第１の受信電極の周囲に配置され、前記第１の受信電極に関して対称な形状を有する第２の受信電極と、
   前記送信電極と前記第１の受信電極との間に設けられた第１の移相部と、
   前記送信電極と前記第２の受信電極との間に設けられた第２の移相部と、
   前記第１の移相部で移相された信号と前記第１の受信電極で受信された信号を合成する第１の合成部と、
   前記第２の移相部で移相された信号と前記第２の受信電極で受信された信号を合成する第２の合成部と、
   前記第１の合成部で合成された信号を前記交流信号発生源の信号で位相検波して、前記送信電極と前記第１の受信電極との間の静電容量に応じた第１の出力値を出力する第１の位相検波部と、
   前記第２の合成部で合成された信号を前記交流信号発生源の信号で位相検波して、前記送信電極と前記第２の受信電極との間の静電容量に応じた第２の出力値を出力する第２の位相検波部と、
   前記第１の出力値を前記第２の出力値で補正して、被測定物までの距離を算出する補正部と、
   を有することを特徴とする静電容量センサ。
2. 前記第２の受信電極は、前記第１の受信電極を取り囲む環状の電極である、請求項１に記載の静電容量センサ。
3. 前記送信電極は、前記第２の受信電極を取り囲む環状の電極である、請求項２に記載の静電容量センサ。
4. 前記第２の受信電極は、前記第１の受信電極を挟んで配置された直線状の電極である、請求項１に記載の静電容量センサ。
5. 前記送信電極は、前記第２の受信電極を挟んで配置された直線状の電極である、請求項４に記載の静電容量センサ。
6. 前記補正部は、前記第１の受信電極と前記第２の受信電極との間の距離に応じて決まる補正係数を前記第２の出力値に乗じた値を、前記第１の出力値から減算する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電容量センサ。

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